关于热力学第一定律的讨论

一、引言许多《热力学》教材,给出无限小过程的热力学第一定律的形式为:dU=d′Q-d′W (1)(本文中d′表示不是完整微分)在这里,强调内能U是一个状态量,要求适用条件:①过程的初、终两态为平衡态,而不管过程是可逆的还是不可逆的。②选择某一标准状态为内能零点,内能可以确定到一个附加常数。但各教材和文章对(1)式中各物理量所包含的内容描述不同。如文献[1]中说:内能是指系统内部的能量,不包括作为整体的系统的动能和系统在外     

关于内能概念的教学研究

“内能”是热学的基本物理量之一,也是一个基本的热力学函数。在普通物理热学中应将“内能”作为一个教学重点,不仅在热力学第一定律部分要讲清楚内能概念的引入,定义(宏观和微观两个方面),它与热量、热能的关系,还要善于把“内能”贯穿到热学和分子物理学的教学中去。这是因为,热力学是从能量观点出发来研究宏观物体热性质的,热力学第一和第二定律所揭示的都是能量传递和转化所必须遵从的规律。但是,热力学所研究的宏观物体热性质,还必须用分子物理学的观点和方法加以分析,才能了解其本质。以下从五个方面:内能宏观定义的教学;内能微观定义的教学;热力学第二定律中有关内能的教学;固体的内能;相变时转变热的分析谈谈我们在有关内能概念教学中的点滴体会。内能概念分为宏观和微观两个方面,这种区分正体现了热学理论中按照研究观点和方法的不同分为宏观理论和微观理论两个部分一样。     

内能定义中的缺陷及内能的重新定义

一般教材中根据绝热过程功与路径无关的性质定义内能,内能这样的定义是有缺陷的,它只能给出同一绝热过程上的状态内能之间的关系,而不能给出不同绝热过程上的状态内能之间的关系。文章根据量热学和热功当量实验的相关结论,在已知热量和功的定义基础上,根据热力学第一定律对内能重新进行定义。     

一类非奇异黑洞的热力学稳定性

黑洞也是一种热力学系统,则对于黑洞通常的热力学定律也应该成立。基于此,研究了巴丁黑洞的热力学量及其热力学稳定性。结果表明巴丁黑洞的熵应该仍然是贝肯斯坦-霍金熵,但是巴丁黑洞的质量不再是该系统的内能。利用重新定义的巴丁黑洞内能,计算了热容量和热力学曲率,以此分析了巴丁黑洞的热力学稳定性和相变。     

摩擦力作功佯谬

摩擦力做功转换为热,进而转化为系统的内能,三者乃同一能量的不同角色转换,不可重复计算,由此澄清了有关摩擦力做功的一个佯谬.此外,本文还提出了功能原理与热力学第一定律的一般形式.     

理想气体的状态性质与体系内能的数学关系

热力学第一定律表明体系的内能是状态的单值函数,却没有确定的具体形式.这篇文章证明:理想气体的内能与压力和体积的乘积成正比,也与气体量和温度的乘积成正比.     

负绝对温度的本质

本文从各方面论证了一个体系在外电场和磁场中的电磁能为该体系的整体能量、即一种力学上 的宏观机械能．同时研究了这个整体能量的作用及它和内能互相转化的基本规律，从而使外力场 （包括重力场）中的热力学有一个统一的基础．由此，我们论证了目前的磁性系统的负绝对温度乃 一种机械能的所谓“温度”；同时说明了“负温”比正温更热的原因，并指出“负温”不须也不应 使用热循环，和正温有很大的区别。     

环境流体中的熵平衡方程和动力熵产生

熵平衡方程是非平衡态热力学的基础.但是目前的经典熵平衡方程,内能中不合理地隐含着流体微团组分相对于质心运动的动能,并非热力学意义上的平均分子运动动能.文中以内能仅为平均分子运动动能概念为出发点,重新推导得到了修正的熵平衡方程.在熵平衡方程中导入动力熵产生,使熵平衡方程能以显式表述动力过程.这时熵平衡方程不仅描述了一个热力学系统的不可逆过程,而且描述了动力可逆过程所造成的系统熵变化.使熵平衡方程能描述热力学系统状态和发展方向,更为合理且更具有普遍性.     

熵表象中涨落的热力学方法

研究了熵表象中涨落的热力学方法,与能量表象中涨落的热力学方法相类似,应用它可使热力学量的涨落从热力学基本方程直接得到,这样,能量的涨落也可由热力学基本方程直接求出,所以,本文的结果是涨落热力学方法能量表象的一个重要补充。     

关于等内能热力学直线过程的讨论

对等内能热力学直线过程的功、热量、温度分布、热容量等进行了讨论,并与等温过程进行了比较.该直线热力学过程,既不是等温过程,也不是多方过程,而是一个特殊的等内能直线过程.     

有限重力场中理想Fermi气体的弱简并特性

研究有限重力场中弱简并理想费米气体的热力学性质.采用Thomas-Fermi半经典近似方法,从有限重力场中理想费米气体的状态密度出发,给出系统的化学势、内能和压强解析表达式,分析重力场对弱简并理想费米气体热力学性质的影响.结果表明,有限重力场的存在使弱简并理想费米气体热力学量出现一个附加的修正项.     

关于“熵”的教学

熵在热力学中是一个十分重要的物理量,它与物态方程(或温度)、内能一起作为热力学中三个最基本的热力学函数。但熵的概念不像物态方程和内能那样具体,且又不能直接测定,学生学起来总感到困难,不易捉摸。因此在教学中如何把这抽象概念具体化,使学生容易接受和理解是十分重要的。下面谈谈我们在教学中的体会。     

P—V图与热力学第一定律中的诸量

通过讨论热力学系统在准静态过程中ΔＥ、Ａ、Ｑ诸量与Ｐ－Ｖ图中过程曲线之间的关系，可直接从Ｐ－Ｖ图上判断内能的增减，做功正负及热量交换的方向。     

特性函数与配分函数

<正> 引言 特性函数和配分函数分别为热力学和统计物理中的二个重要函数,它们对热力学状态的描述有重要意义。本文通过讨论在闭系(粒子数不变的系统)中两者之间的内在联系将它们作统一描述,并由此强调了自由能的重要性。 马林(Massieu )在1869年证明,在独立变数适当选择之下,只要知道一个热力学函数,就可以通过求偏导数而求得均匀系统的基本热力学函数(即物态方程、内能和熵),从而将均匀系统的平衡性质完全确定。这个热力学函数称为特性函数,相     

震荡宇宙的热力学性质

震荡宇宙暗能量的状态方程是ω(a)=-cos(bln a).我们证明,该模型没有粒子视界和事件视界,解决了一致性问题的困扰.无论物质项怎样演化,暗能量总能追踪上与之一致,且不需要精细调整,并且暗能量刚好可以反映整个宇宙的热力学状态.我们也发现表观视界是个非常好的全息屏,可以作为保持热力学性质的边界.作为一个热力学整体,当前相变下,震荡宇宙的演化情况非常好.在表观视界以内,宇宙处于热力学平衡状态,也就是说热力学第一定律和第二定律都满足,并且物质项不影响此平衡状态.     

物理化学中的重要状态函数—熵

热力学第二定律揭示了自然界所发生的一切实际过程的共同特点：它们都是热力学上的不可逆过程,但克劳修斯、开尔文等人对热力学第二定律的表述都只是定性的表述,不能定量说明过程发生的可能性及实际发生过程的不可逆程度。1865年克劳修斯引人了媳的概念,这一引入对热力学理论及生产技术的发展都起了重大作用。熵是热力学系统的基本状态函数,由它导出了第二定律的数学表达式,形成了对两状态间过程发生可能性的定量判据;在引入熵的基础上导出的赫氏自由能与吉氏自由能使我们能用其定量判断过程的自发方向及限度。内能U与嫡S是热力学中…     

由一例物化习题引出的热容性质的讨论

热力学体系的量按它们与物质量的关系区分为广度量（容量性质）和强度量（强度性质）两大类,它们是贯穿于化学热力学的两个基本概念。众所周知,体积、内能、焓、熵等是广度量、温度、压力等是强度量,功和热则既不是广度量也不是强度量。热容是物质的一个基本热力学量,是物理化学教学中的一个难点和重点,那么热容是否为状态函数,是广度量还是强度量,国内外教材对此问题看法不一。本文由一例物化习题引出,对这个问题进行粗浅的讨论。     

负绝对温度系统的热力学性质

<正> 由热力学第一、二定律得关系式dU=TdS+∑Y_1dx_i (1)式中,U、S、Y_i、x_(?)分别为系统的内能、熵、广义力、广义坐标,T 为系统的温度.由此得:((?))x_i=1/T (2)由(2),当 T>0,即通常的正绝对温度系统中,随内能增加,系统的熵增加;这是由于正温度系统,粒子的能级没有上限,因而当系统吸收能量后,粒子向高能级跃迁,无序性增大,从而系统的熵增加。     

统计物理中的经典统计与量子统计

本文采用经典统计方法推证了热力学中的理想气体的物态方程和能量均分定理,并利用能量均分定理求解不同系统的内能及热容量,总结发现系统能量及热容量的理论值与实际不相符,出现了经典统计难以解释的几个问题,并结合量子统计方法合理解释了经典统计中的问题。最后,论述了经典统计与量子统计的区别与联系。     

由一例物化习题引出的热溶性质的讨论

热力学体系的量按它们与物质量的关系区分为广度量（容量性质）和强度量（强度性质）两大类,它们是贯穿于化学热力学的两个基本概念,众所周知,体积、内能、焓１、熵等是广度量、温度、压力等是强度量,功和热则既不是广度量也不是强度量。热容是物质的一个基本热力学量,是物理化学教学中的一个难点和重点,那么热容是否为状态函数,是广度量还是强度量,国内外教材对此问题看法不一。本由一例物化习题引出,对这个问题进行粗浅